KR20140040997A - Mems microphone and fabrication method thereof - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a structure for improving the performance of a MEMS microphone by reducing the rigidity of a membrane and preventing deformation due to the package stress and the remaining stress of the membrane. The MEMS microphone according to the present invention includes a back plate which is formed on a substrate, an insulation layer which is formed on the substrate to surround the back plate, a membrane which is separately formed on the back plate with a preset gap, a membrane support unit which connects the membrane to the substrate, and a buffering unit which is formed with a dual spring structure between the membrane and the membrane support unit.

Description

멤스 마이크로폰 및 그 제조방법{MEMS MICROPHONE AND FABRICATION METHOD THEREOF}MEMS microphone and its manufacturing method {MEMS MICROPHONE AND FABRICATION METHOD THEREOF}

본 발명은 멤스 마이크로폰 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 멤브레인의 잔류 응력과 패키지 스트레스로 인한 변형을 방지하고 멤브레인 강성을 줄여 멤스 마이크로폰의 성능을 향상시키는 구조에 관한 것이다.The present invention relates to a MEMS microphone and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a structure for preventing deformation due to residual stress and package stress of a membrane and reducing membrane stiffness to improve performance of MEMS microphone.

음향 센서(일명 마이크로폰)는 음성을 전기적인 신호로 변화하는 장치로써, 이러한 멤스 음향 센서의 종류에는 정전용량형 및 압전형이 있다. 정전용량형 멤스 음향 센서는 두 개의 전극이 마주보게 하는 콘덴서의 원리를 응용한 것으로, 하나의 전극은 기판 상에 고정되어 있고 다른 전극은 공중에 부양되어 진동판으로 외부의 음압에 반응하여 움직인다. 외부의 음압이 들어오게 되면 진동판이 진동하게 되고, 두 개의 전극 사이의 간극이 변하면서 정전용량 값이 변하게 되어 전류가 흐르는 방식이다. 정전용량형은 안정적이고 주파수 특성이 우수하다는 장점이 있어 종래의 음향 센서 대부분이 정전용량 방식을 이용한다.An acoustic sensor (also called a microphone) is a device that converts voice into an electrical signal. There are capacitive and piezoelectric types of MEMS acoustic sensors. The capacitive MEMS acoustic sensor applies the principle of a condenser in which two electrodes face each other. One electrode is fixed on a substrate and the other is suspended in the air and moves in response to an external sound pressure by a diaphragm. When the external negative pressure comes in, the diaphragm vibrates, the gap between the two electrodes changes, the capacitance changes, and the current flows. Capacitive type has the advantage of stable and excellent frequency characteristics, so most conventional acoustic sensors use the capacitive method.

도 1은 종래의 기술에 따른 유연 스프링을 갖는 정전용량형 멤스 마이크로폰의 구조를 도시한 도면이고, 도 2는 종래의 기술에 따른 스프링과 스톱 범퍼(stop bump)를 갖는 정전용량형 멤스 마이크로폰의 구조를 도시한 도면이다.1 is a diagram illustrating a structure of a capacitive MEMS microphone having a flexible spring according to the related art, and FIG. 2 is a structure of a capacitive MEMS microphone having a spring and a stop bump according to the related art. Figure is a diagram.

도 1에 따르면, 종래의 정전용량형 멤스 마이크로폰의 경우 멤브레인의 강성을 낮추어 마이크로폰의 감도를 높이기 위해서 멤브레인이 기판(11)에 연결되는 부분에 유연 스프링(15)을 삽입하여 강성을 줄이고자 하였다. 하지만 이러한 경우에 공정 스트레스 및 패키지에 따른 스트레스에 의해서 유연 스프링(15)에 변형이 발생하며, 이로 인해서 멤브레인(14)도 움직이게 되어 감지 간극(13)이 변하거나 멤브레인(14)이 비정상적으로 동작할 여지가 있다. According to FIG. 1, in the case of the conventional capacitive MEMS microphone, in order to reduce the rigidity of the membrane and to increase the sensitivity of the microphone, the flexible spring 15 is inserted into a portion where the membrane is connected to the substrate 11 to reduce the rigidity. However, in this case, deformation occurs in the flexible spring 15 due to the process stress and the stress caused by the package, which causes the membrane 14 to move so that the sensing gap 13 may change or the membrane 14 may be abnormally operated. There is room.

도 2에서는 이러한 변형의 영향을 줄이기 위해서 기판(11) 또는 멤브레인(14)에 간격을 유지해주는 구조(17)를 삽입하여 동작시 멤브레인(14)과 백플레이트(16)의 감지 간극(13)을 일정하게 만들어 주는 방법을 제안하였다. 이 경우 동작시 멤브레인(14)과 백플레이트(16)의 감지 간극(13)을 일정하게 만들어 줄 수는 있으나, 멤브레인의 강성을 낮추기 어렵고, 패키지 스트레스에 의한 영향을 줄이지 못한다는 문제가 있다.In FIG. 2, the sensing gap 13 between the membrane 14 and the backplate 16 is inserted in operation by inserting a spaced structure 17 into the substrate 11 or the membrane 14 to reduce the influence of such deformation. We proposed a method to make it constant. In this case, although the sensing gap 13 of the membrane 14 and the back plate 16 may be made constant during operation, it is difficult to lower the rigidity of the membrane and may not reduce the influence of the package stress.

따라서 정전용량형 멤스 마이크로폰에서 멤브레인의 강성을 낮추면서, 공정 스트레스 및 패키지 스트레스에 의한 영향을 줄여 높은 감도를 얻을 수 있는 방법에 관한 요구가 있다.Therefore, there is a need for a method of achieving high sensitivity by reducing the stiffness of the membrane in the capacitive MEMS microphone and reducing the influence of process stress and package stress.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 2단 스프링과 스페이서 구조를 이용하여 멤브레인의 잔류 응력을 줄이고, 강성을 낮추며, 패키징에 따른 스트레스와 멤브레인 변형을 방지할 수 있는 멤스 마이크로폰 및 그 제조 방법을 제공함에 그 목적이 있다. The present invention has been made to solve the above problems, using a two-stage spring and spacer structure to reduce the residual stress of the membrane, lower the stiffness, and prevent the stress and membrane deformation due to packaging MEMS microphone and its The purpose is to provide a manufacturing method.

이를 위하여, 본 발명의 제1 측면에 따르면, 멤스 마이크로폰은, 기판 위에 형성되는 백플레이트, 상기 기판 상에 백플레이트를 둘러싸는 형태로 형성되는 절연층, 상기 백플레이트 상에 일정간격 이격되어 형성되는 멤브레인, 상기 멤브레인을 기판에 연결하는 멤브레인 지지부, 및 상기 멤브레인과 상기 멤브레인 지지부 사이에 2중 스프링 구조로 형성되는 완충부를 포함하는 것을 특징으로 한다. To this end, according to the first aspect of the present invention, the MEMS microphone, a back plate formed on a substrate, an insulating layer formed in a form surrounding the back plate on the substrate, formed on the back plate spaced apart It characterized in that it comprises a membrane, a membrane support for connecting the membrane to the substrate, and a buffer formed in a double spring structure between the membrane and the membrane support.

본 발명의 제2 측면에 따르면, 멤스 마이크로폰은, 제1 절연층을 갖는 기판, 상기 기판 위에 형성되는 멤브레인, 상기 멤브레인을 상기 기판에 고정하는 멤브레인 지지부, 상기 멤브레인과 상기 멤브레인 지지부 사이에 2중 스프링 구조로 형성되는 완충부 및 상기 멤브레인 상에 일정간격 이격되어 형성되는 백플레이트를 포함하는 것을 특징으로 한다. According to a second aspect of the present invention, a MEMS microphone includes a substrate having a first insulating layer, a membrane formed on the substrate, a membrane support for fixing the membrane to the substrate, and a double spring between the membrane and the membrane support. It characterized in that it comprises a buffer formed in the structure and the back plate is formed at a predetermined interval spaced on the membrane.

본 발명의 제3 측면에 따르면, 멤스 마이크로폰 제조 방법은 기판 상에 음향 홀을 갖는 백플레이트를 형성하는 단계, 상기 기판 상에 상기 백플레이트의 외곽으로 절연층을 형성하는 단계, 상기 절연층이 형성된 기판 상에 희생층을 증착하는 단계, 상기 희생층 상에 2중 스프링 구조의 완충부를 갖는 멤브레인과 멤브레인 지지부를 형성하는 단계, 상기 기판의 일부를 식각하여 음향 챔버를 형성하는 단계 및 상기 음향 챔버와 상기 음향 홀을 통해 희생층을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. According to a third aspect of the present invention, a method of manufacturing a MEMS microphone includes forming a back plate having an acoustic hole on a substrate, forming an insulating layer on an outer side of the back plate on the substrate, and forming the insulating layer. Depositing a sacrificial layer on a substrate, forming a membrane support and a membrane support having a double spring structure buffer on the sacrificial layer, etching a portion of the substrate to form an acoustic chamber and the acoustic chamber; And removing the sacrificial layer through the acoustic hole.

본 발명의 제4 측면에 따르면, 멤스 마이크로폰 제조 방법은 기판 상에 제1 절연층을 형성하는 단계, 상기 제1 절연층이 형성된 기판 상에 2중 스프링 구조의 완충부를 갖는 멤브레인과 멤브레인 지지부를 형성하는 단계, 상기 멤브레인과 멤브레인 지지부 상에 희생층을 증착하는 단계, 희생층의 일부를 식각하여 제2 절연층을 형성하기 위한 홈을 형성하는 단계, 상기 홈이 형성된 희생층 상에 제2 절연층을 형성하는 단계, 상기 제2 절연층이 형성된 희생층 상에 하나 이상의 음향 홀이 형성된 백플레인을 형성하는 단계 및 상기 희생층을 식각하여 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. According to a fourth aspect of the present invention, a method of manufacturing a MEMS microphone includes forming a first insulating layer on a substrate, and forming a membrane and a membrane support having a double spring structure buffer on the substrate on which the first insulating layer is formed. Depositing a sacrificial layer on the membrane and the membrane support, etching a portion of the sacrificial layer to form a groove for forming a second insulating layer, and forming a second insulating layer on the formed sacrificial layer. Forming a backplane on which at least one acoustic hole is formed on the sacrificial layer on which the second insulating layer is formed, and etching and removing the sacrificial layer.

본 발명에 따르면, 멤스 마이크로폰에 2중 스프링 구조의 완충부를 마련하여, 공정에 따른 멤브레인의 잔류응력을 감소시키며, 패키징에 따른 스트레스에 의한 변형을 방지하고 멤브레인 강성을 낮추어 음압에 대한 멤브레인의 감도를 높임으로써 멤스 마이크로폰의 성능을 향상시키는 효과가 있다. According to the present invention, by providing a buffer portion of the double spring structure in the MEMS microphone, to reduce the residual stress of the membrane according to the process, to prevent deformation due to the stress caused by the packaging and to lower the membrane rigidity to improve the sensitivity of the membrane to sound pressure Increasing it has the effect of improving the performance of MEMS microphones.

또한, 본 발명에 따르면, 간극 유지 구조를 사용하여 공정 스트레스를 줄이고 감지 간극을 일정하게 하는 효과가 있다. In addition, according to the present invention, there is an effect of reducing process stress and maintaining a sensing gap by using a gap maintaining structure.

또한, 본 발명에 따르면, 내부 스프링이 외부 스프링보다 더 큰 강성을 가지므로, 멤스 마이크로폰의 동작시 감지 간극과 바이어스 전압에서 풀인이 발생하지 않는 효과가 있다.In addition, according to the present invention, since the inner spring has a greater rigidity than the outer spring, pull-in does not occur in the sensing gap and the bias voltage during the operation of the MEMS microphone.

도 1은 종래의 기술에 따른 유연 스프링을 갖는 정전용량형 멤스 마이크로폰의 구조를 도시한 도면이다.
도 2는 종래의 기술에 따른 스프링과 스톱 범퍼(stop bump)를 갖는 정전용량형 멤스 마이크로폰의 구조를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 멤스 마이크로폰의 평면도이다.
도 4는 도 3의 선 A-A' 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 멤스 마이크로폰이 작동하는 방식의 일 실시예를 보여주는 도면이다.
도 6 내지 도 12는 본 발명에 따른 멤스 마이크로폰의 제조방법을 순차적으로 설명하기 위한 평면도들이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 멤스 마이크로폰의 평면도이다. 1 is a view showing the structure of a capacitive MEMS microphone having a flexible spring according to the prior art.
2 is a diagram illustrating a structure of a capacitive MEMS microphone having a spring and a stop bump according to the related art.
3 is a plan view of a MEMS microphone according to an embodiment of the present invention.
4 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 3.
5 is a diagram illustrating an embodiment of a method of operating a MEMS microphone according to the present invention.
6 to 12 are plan views for sequentially explaining a method of manufacturing a MEMS microphone according to the present invention.
3 is a plan view of a MEMS microphone according to another embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시 예를 상세하게 설명한다. 본 발명의 구성 및 그에 따른 작용 효과는 이하의 상세한 설명을 통해 명확하게 이해될 것이다. 본 발명의 상세한 설명에 앞서, 동일한 구성요소에 대해서는 다른 도면 상에 표시되더라도 가능한 동일한 부호로 표시하며, 공지된 구성에 대해서는 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 구체적인 설명은 생략하기로 함에 유의한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The configuration of the present invention and the operation and effect thereof will be clearly understood through the following detailed description. Before describing the present invention in detail, the same components are denoted by the same reference symbols as possible even if they are displayed on different drawings. In the case where it is judged that the gist of the present invention may be blurred to a known configuration, do.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 멤스 마이크로폰의 평면도이고, 도 4는 도 3의 선 A-A' 단면도이다. 3 is a plan view of a MEMS microphone according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line A-A 'of FIG.

도 3과 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 멤스 마이크로폰은 기판(21) 상에 제1 절연층(22)과 백플레이트(27)가 형성되어 있으며, 백플레이트(27)를 둘러싸는 형태로 제2 절연층(22)이 형성되어 있다. As shown in FIG. 3 and FIG. 4, in the MEMS microphone according to the exemplary embodiment of the present invention, the first insulating layer 22 and the back plate 27 are formed on the substrate 21, and the back plate 27 is formed. ), A second insulating layer 22 is formed.

또한 백플레이트(27)의 상부에 일정간격(28a) 이격되어 멤브레인(26)이 형성되어 있고, 멤브레인(26)을 기판(21)에 연결하기 위해 멤브레인 지지부(23)가 형성되어 있다. In addition, the membrane 26 is formed at a predetermined interval 28a above the back plate 27, and a membrane support 23 is formed to connect the membrane 26 to the substrate 21.

멤브레인(26)과 멤브레인 지지부(23) 사이에는 2중 스프링 구조의 완충부(24)가 형성되어 있다. Between the membrane 26 and the membrane support 23, a buffer unit 24 having a double spring structure is formed.

완충부(24)는 패키징에 따른 외부 스트레스에 의한 변형을 방지하는 역할을 한다. The buffer part 24 serves to prevent deformation due to external stress due to packaging.

완충부(24)는 내부 스프링(24b), 외부 스프링(24a), 스페이서(24c), 스페이서 돌출부(24d)로 이루어져 있다. The buffer part 24 is comprised from the inner spring 24b, the outer spring 24a, the spacer 24c, and the spacer protrusion 24d.

보다 구체적으로, 내부 스프링(24b)은 멤브레인(26)과 스페이서(24c) 사이에 연결되고, 외부 스프링(24a)은 스페이서(24c)와 멤브레인 지지부(23)에 연결된다. 내부 스프링(24b)은 멤브레인(26) 보다 작은 강성을 가져서 멤브레인(26)의 공정 스트레스를 줄여주면서 멤브레인(26)의 강성을 낮추어 주는 기능을 하게 된다. 외부 스프링(24a)은 소자를 패키지 하는 과정에서 본딩 물질 및 본딩 프로세스에 의해 발생하는 기판(21)의 스트레스가 멤브레인(26)에 전달되지 않도록 완충해주는 역할을 하게 된다. More specifically, the inner spring 24b is connected between the membrane 26 and the spacer 24c and the outer spring 24a is connected to the spacer 24c and the membrane support 23. The inner spring 24b has a smaller rigidity than the membrane 26 to reduce the process stress of the membrane 26 while lowering the rigidity of the membrane 26. The outer spring 24a serves to buffer the bonding material and the stress of the substrate 21 generated by the bonding process from being transferred to the membrane 26 in the process of packaging the device.

스페이서(24c)는 스페이서 돌출부(24d)를 갖고 있으며, 스페이서 돌출부(24d)는 제2 절연층(22)으로부터 일정 간격(28b) 이격되어 형성되어 있는데, 멤스 마이크로폰이 동작할 때 스페이서 돌출부(24d)는 제2 절연층(22)에 접촉하게 된다. 또한 스페이서(24c)는 2중 스프링(24a, 24b)의 변형에 의해서 발생할 수 있는 멤브레인(26)의 변형을 방지하고, 동작시 멤브레인(26)과 백플레이트(27)의 간격을 일정하게 유지시켜서 감지 간극(28c)을 유지함으로써 신뢰성을 높일 수 있게 한다. The spacer 24c has a spacer protrusion 24d, and the spacer protrusion 24d is formed spaced apart from the second insulating layer 22 by a predetermined interval 28b. When the MEMS microphone is operated, the spacer protrusion 24d is formed. Is in contact with the second insulating layer 22. In addition, the spacer 24c prevents deformation of the membrane 26 which may be caused by deformation of the double springs 24a and 24b, and maintains a constant distance between the membrane 26 and the back plate 27 during operation. By maintaining the sensing gap 28c, it is possible to increase the reliability.

도 5는 본 발명에 따른 멤스 마이크로폰이 작동하는 방식의 일 실시예를 보여주는 도면이다. 5 is a diagram illustrating an embodiment of a method of operating a MEMS microphone according to the present invention.

도 5는 제작이 완료된 멤스 마이크로폰이 동작하기 전을 보여준다. 동작을 하기 전에 멤브레인(26)은 2단 스프링(24,a 24b)과 스페이서(24c)에 의해서 기판으로부터 일정한 간격(28a)만큼 이격되어 있다. . 5 shows before the MEMS microphone is manufactured. Prior to operation, the membrane 26 is spaced apart from the substrate by a constant distance 28a by two-stage springs 24, a 24b and a spacer 24c. .

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 멤스 마이크로폰의 동작시의 모습에 대해서 보여주는 도면이다. 5 is a view showing a state of the operation of the MEMS microphone according to an embodiment of the present invention.

도 5에 도시된 바와 같이 정전용량의 변화를 감지하기 위해서 멤브레인(26)과 백플레이트(27) 사이에 일정한 값을 갖는 바이어스 전압을 인가하게 되고, 바이어스 전압에 의한 정전력(electrostatic force)이 발생해 멤브레인(26)이 백플레이트(27) 쪽으로 움직이게 된다. 도 5에 점선으로 나타낸 멤브레인(26)은 바이어스 전압 인가전이고, 실선으로 나타낸 멤브레인(26)은 바이어스 전압 인가 후를 도시한 도면이다.As shown in FIG. 5, a bias voltage having a constant value is applied between the membrane 26 and the back plate 27 to detect a change in capacitance, and electrostatic force is generated by the bias voltage. The membrane 26 is moved toward the back plate 27. 5 shows the membrane 26 before the bias voltage is applied, and the membrane 26 shown by the solid line shows the bias voltage after application.

이 때 인가되는 바이어스 전압이 외부 스프링(24a)의 풀인 전압 보다 큰 경우, 외부 스프링(24a)에서 풀인이 발생하고, 스페이서 돌출부(25c)가 제2 절연층(22)에 닿을 때까지 이동하게 된다. 여기에서, 공정 및 패키지에 따른 스트레스에 의해서 멤브레인(26)과 백플레이트(27)의 간격(28a)이 변하더라도 이에 관계없이 일정한 감지 간극(28c)을 유지하게 것이다. 또한 내부 스프링(24b)은 동작시 감지 간극(28c)과 바이어스 전압에서 풀인이 발생하지 않도록 외부 스프링(24a)보다 더 큰 강성을 갖는 것이 바람직하다. At this time, if the bias voltage applied is greater than the pull-in voltage of the outer spring 24a, pull-in occurs in the outer spring 24a and moves until the spacer protrusion 25c contacts the second insulating layer 22. . Here, even if the distance 28a of the membrane 26 and the backplate 27 is changed by the stresses according to the process and the package, it will maintain a constant sensing gap 28c regardless of this. In addition, the inner spring 24b preferably has greater rigidity than the outer spring 24a so that pull-in does not occur in the sensing gap 28c and the bias voltage during operation.

도 6 내지 도 12는 본 발명에 따른 멤스 마이크로폰의 제조방법을 순차적으로 설명하기 위한 평면도들이다. 6 to 12 are plan views for sequentially explaining a method of manufacturing a MEMS microphone according to the present invention.

먼저 도 6과 도 7에 도시된 바와 같이, 실리콘 기판(21)에 제1 절연층(25) 물질과 백플레이트(27) 전극 물질을 증착하고, 식각을 통해서 백플레이트(27)에 음압 입력 홀(27a)이 형성된다. 상기 음압 입력 홀(27a)은 추후에 마련되는 음향 챔버(도 11의 29)를 통해 음압을 입력받는 역할 및 희생층(도 10의 31) 제거를 위한 식각 경로로 사용된다. 또한, 제1 절연층(25)은 백플레이트(27)를 기판(21)으로부터 절연시키기 위한 것으로, 경우에 따라 생략 가능하다. First, as shown in FIGS. 6 and 7, the first insulating layer 25 material and the back plate 27 electrode material are deposited on the silicon substrate 21, and a negative pressure input hole is formed in the back plate 27 through etching. 27a is formed. The sound pressure input hole 27a is used as an etch path for receiving sound pressure through the acoustic chamber (29 of FIG. 11) provided later and for removing the sacrificial layer (31 of FIG. 10). The first insulating layer 25 is used to insulate the back plate 27 from the substrate 21 and may be omitted in some cases.

이 후 도 8과 같이, 백플레이트(27)가 형성된 기판(21) 상에 절연 물질을 증착하고 패터닝하여 스페이서(24c)가 접촉할 제2 절연층(22)을 형성한다. 제2 절연층(22)은 백플레이트(27)가 형성된 영역의 외곽에 증착된다. Subsequently, as shown in FIG. 8, an insulating material is deposited and patterned on the substrate 21 on which the back plate 27 is formed to form a second insulating layer 22 to which the spacer 24c contacts. The second insulating layer 22 is deposited outside the region where the back plate 27 is formed.

제2 절연층(22)이 형성되면, 도 9와 같이, 제2 절연층(22)의 일부와 백플레이트(27)상에 희생층(31)을 형성한다. 희생층(31)은 후속한 공정에서 형성되는 멤브레인(도 10의 26)을 부양시키기 위한 것이다. 희생층(134)은, 예를 들어, 산화막 또는 유기막으로 형성할 수 있다. 희생층(134)은 기판 절연막(120) 및 하부 전극 절연막(122)과 식각 선택비가 다른 물질로 형성한다. 희생층(134)은 수 ㎛의 두께로 형성할 수 있다. 다음, 희생층(31)을 패터닝하여 스페이서 돌출부(24b)가 형성될 위치에 홈(32)을 형성한다. 이후 공정에서 이 홈(32)이 스페이서 돌출부(24d)의 몰드(mould) 역할을 하게 된다. When the second insulating layer 22 is formed, as shown in FIG. 9, a sacrificial layer 31 is formed on a part of the second insulating layer 22 and the back plate 27. The sacrificial layer 31 is for supporting the membrane (26 in FIG. 10) formed in the subsequent process. The sacrificial layer 134 may be formed of, for example, an oxide film or an organic film. The sacrificial layer 134 is formed of a material having an etching selectivity different from that of the substrate insulating film 120 and the lower electrode insulating film 122. The sacrificial layer 134 may be formed to a thickness of several μm. Next, the sacrificial layer 31 is patterned to form the groove 32 at the position where the spacer protrusion 24b is to be formed. In the subsequent process, the groove 32 serves as a mold of the spacer protrusion 24d.

다음, 도 10과 같이, 희생층(31) 상에 멤브레인(26) 물질을 증착하고 패터닝하여 2단 스프링(24a, 24b), 스페이서(24c), 스페이서 돌출부(24d)를 갖는 완충부(24) 및 멤브레인 지지대(23)를 형성한다. Next, as illustrated in FIG. 10, the membrane 26 material is deposited and patterned on the sacrificial layer 31 to form the buffer 24 having the two-stage springs 24a and 24b, the spacer 24c, and the spacer protrusion 24d. And a membrane support 23.

멤브레인(26), 스페이서(24c), 스페이서 돌출부(24d), 멤브레인 지지대(23)는 희생층(31) 및 노출된 제2 절연층(22) 상에 포토리소그래피(photolithography) 공정을 이용하여 패터닝하여 형성한다. 다음, 멤브레인과 스페이서(24c) 사이에 내부 스프링(24b)을 형성하고, 스페이서(24c)와 멤브레인 지지대(23) 사이에 외부 스프링(24a)를 형성한다. 여기에서 외부 스프링(24a)은 내부 스프링(24b) 보다 작은 강성을 갖는 것이 바람직하다. 이와 같이 완충부(24)의 2중 스프링 구조와 스페이서(24c)에 의해 소자를 패키지 하는 과정에서 발생하는 기판(21)의 스트레스가 멤브레인(26)에 전달되지 않도록 완충해주는 역할을 하게 된다. The membrane 26, the spacer 24c, the spacer protrusion 24d, and the membrane support 23 are patterned by using a photolithography process on the sacrificial layer 31 and the exposed second insulating layer 22. Form. Next, an inner spring 24b is formed between the membrane and the spacer 24c, and an outer spring 24a is formed between the spacer 24c and the membrane support 23. It is preferable here that the outer spring 24a has a smaller rigidity than the inner spring 24b. As such, the double spring structure of the buffer unit 24 and the spacer 24c serve to buffer the stress of the substrate 21 generated in the process of packaging the device to the membrane 26.

또한, 스페이서 돌출부(24d)를 통해, 멤스 마이크로폰이 동작할 때 스페이서 돌출부(24d)는 제2 절연층(22)에 접촉하게 된다. 또한 스페이서(24c)는 2중 스프링(24a, 24b)의 변형에 의해서 발생할 수 있는 멤브레인(26)의 변형을 방지하고, 동작시 멤브레인(26)과 백플레이트(27)의 감지 간극을 최소 거리만큼 유지시켜서 신뢰성을 높일 수 있게 한다. In addition, through the spacer protrusion 24d, the spacer protrusion 24d comes into contact with the second insulating layer 22 when the MEMS microphone is operated. In addition, the spacer 24c prevents deformation of the membrane 26 which may be caused by the deformation of the double springs 24a and 24b, and, in operation, reduces the sensing gap between the membrane 26 and the back plate 27 by a minimum distance. To increase reliability.

도 11과 같이 기판(21)의 선택적 식각을 통해서 후방 음향 챔버(29)를 형성한다. 기판(21)의 일부를 제1 절연층(25) 및 음압 입력 홀(27a)이 노출되도록 식각하여 음향 챔버(29)를 형성한다. As shown in FIG. 11, the rear acoustic chamber 29 is formed through selective etching of the substrate 21. A portion of the substrate 21 is etched to expose the first insulating layer 25 and the negative pressure input hole 27a to form the acoustic chamber 29.

음향 챔버(29)는 건식 식각 방법을 이용하여 기판(21)을 식각하여 형성할 수 있다. 식각 공정은 기판(21)이 Si 기판이면 건식 식각 공정으로 수행할 수 있다. 건식 식각 공정은, 일례로, 등방성 식각이 가능한 XeF2 가스를 사용하여 수행할 수 있다. 즉, 기판(21)의 형성 물질에 적합한 식각 가스를 주입하여 수행할 수 있다. The acoustic chamber 29 may be formed by etching the substrate 21 using a dry etching method. The etching process may be performed by a dry etching process when the substrate 21 is a Si substrate. The dry etching process may be performed using, for example, XeF 2 gas capable of isotropic etching. In other words, the etching gas may be injected into the material forming the substrate 21.

후방 음향 챔버(29)를 형성한 후에, 도 12에 도시한 바와 같이, 희생층(31)을 제거하여, 멤브레인(26)과 백플레인(27) 사이에 간극(27b)을 형성한다. After the rear acoustic chamber 29 is formed, as shown in FIG. 12, the sacrificial layer 31 is removed to form a gap 27b between the membrane 26 and the backplane 27.

이로써, 2단 스프링과 스페이서 및 스페이서 돌출부로 구성된 완충부(24)를 갖는 멤스 마이크로폰을 제작할 수 있다.Thereby, the MEMS microphone which has the buffer part 24 which consists of a two-stage spring, a spacer, and a spacer protrusion can be manufactured.

본 발명의 다른 실시예로 멤브레인이 백플레이트의 아래에 위치하는 구조에 대해서도 도 13을 통해서 설명하기로 한다.In another embodiment of the present invention will also be described with reference to Figure 13 for the structure of the membrane is located below the back plate.

도 13에서는 멤브레인(127)이 백플레이트(126)의 아래쪽에 위치하는 경우에 있어서 2단 스프링과 스페이서를 갖는 멤스 마이크로폰의 실시예를 보여준다. 마찬가지로 멤브레인(127)은 2단 스프링(124a, 124b)과 스페이서(124c)에 의해서 기판(121)에 연결되며, 백플레이트(126)는 희생층을 이용해서 멤브레인(127)과 이격되어 형성된다. 또한 제2 절연층은 백플레이트의 아래에 스페이서의 돌출부와 마주보도록 형성된다. FIG. 13 shows an embodiment of a MEMS microphone having a two-stage spring and a spacer when the membrane 127 is positioned below the backplate 126. Similarly, the membrane 127 is connected to the substrate 121 by two-stage springs 124a and 124b and the spacer 124c, and the back plate 126 is formed to be spaced apart from the membrane 127 by using a sacrificial layer. In addition, the second insulating layer is formed to face the protrusion of the spacer under the back plate.

멤브레인이 백플레이트의 아래에 위치하는 구조에 있어서, 기판(121)은 제1 절연층(125)을 갖고, 기판(121) 위에 멤브레인(126)이 형성된다. 멤브레인(126)은 멤브레인 지지부(123)에 의해 기판(121)에 고정된다. 멤브레인(126) 상에 일정간격 이격되어 백플레이트(127)이 형성된다. 백플레이트(127) 하부 외곽부분에 제2 절연층(122)을 형성한다. In the structure in which the membrane is positioned below the back plate, the substrate 121 has a first insulating layer 125, and a membrane 126 is formed on the substrate 121. The membrane 126 is fixed to the substrate 121 by the membrane support 123. The back plate 127 is formed on the membrane 126 by a predetermined distance. The second insulating layer 122 is formed on the lower outer portion of the back plate 127.

멤브레인(126)과 멤브레인 지지부(123) 사이에 2중 스프링 구조의 완충부(124)가 형성된다. 완충부(124)는 내부 스프링(124b), 외부 스프링(124a), 스페이서(124c), 스페이서 돌출부(124d)를 포함한다. A double spring structure buffer 124 is formed between the membrane 126 and the membrane support 123. The shock absorbing portion 124 includes an inner spring 124b, an outer spring 124a, a spacer 124c, and a spacer protrusion 124d.

내부 스프링(124b)은 멤브레인(126)과 스페이서(124c) 사이에 연결되고 외부 스프링(124a)은 스페이서(124c)와, 멤브레인 지지부(123) 사이에 연결된다. 외부 스프링(124a)은 내부 스프링(124b)보다 작은 강성을 갖는 것이 바람직하다. The inner spring 124b is connected between the membrane 126 and the spacer 124c and the outer spring 124a is connected between the spacer 124c and the membrane support 123. The outer spring 124a preferably has less rigidity than the inner spring 124b.

스페이서 돌출부(124d)는 스페이서 상부(124c)에 마련되며, 백플레인(127)에 부착된 제2 절연층(122)과 마주하도록 형성된다. The spacer protrusion 124d is provided on the spacer upper portion 124c and is formed to face the second insulating layer 122 attached to the backplane 127.

이하, 도 13에 형성된 멤브레인이 백플레이트의 아래에 위치하는 구조의 멤스 마이크로폰의 제작 방법에 대하여 설명한다. 이때, 제1 실시예와 동일한 방법에 대해서는 그 설명을 생략한다. Hereinafter, a method of manufacturing a MEMS microphone having a structure in which the membrane formed in FIG. 13 is positioned below the back plate will be described. In this case, the description of the same method as in the first embodiment will be omitted.

기판(121) 상에 제1 절연층(125)을 형성한다.The first insulating layer 125 is formed on the substrate 121.

제1 절연층(125)이 형성된 기판(121) 상에 2중 스프링 구조의 완충부(124)를 갖는 멤브레인(126)과 멤브레인 지지부(123)를 형성한다. 여기에서, 멤브레인(126), 내부 스프링(124b), 스페이서(124c), 외부 스프링(124a), 멤브레인 지지부(123)가 중앙에서부터 바깥쪽으로 차례로 위치하도록 형성한다. 이후, 스페이서(124c) 상에 스페이서 돌출부(124d)를 형성한다. A membrane 126 and a membrane support 123 having a double spring structure buffer 124 are formed on the substrate 121 on which the first insulating layer 125 is formed. Here, the membrane 126, the inner spring 124b, the spacer 124c, the outer spring 124a, and the membrane support 123 are formed so as to be sequentially positioned from the center outward. Thereafter, a spacer protrusion 124d is formed on the spacer 124c.

다음, 멤브레인(126)과 멤브레인 지지부(123) 상에 희생층을 증착한다. 희생층 외곽에 백플레인 지지대(130)를 형성한다. Next, a sacrificial layer is deposited on the membrane 126 and the membrane support 123. The backplane support 130 is formed outside the sacrificial layer.

증착된 희생층의 일부를 식각하여 제2 절연층(122)을 형성하기 위한 홈을 형성하고, 이 홈이 형성된 희생층 상에 제2 절연층(122)을 형성한다. A portion of the deposited sacrificial layer is etched to form a groove for forming the second insulating layer 122, and a second insulating layer 122 is formed on the sacrificial layer on which the groove is formed.

제2 절연층(122)이 형성된 희생층 상에 하나 이상의 음향 홀이 형성된 백플레인(127)을 형성하고, 희생층을 식각하여 제거한다. A backplane 127 having one or more acoustic holes is formed on the sacrificial layer on which the second insulating layer 122 is formed, and the sacrificial layer is etched and removed.

이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 명세서에 개시된 실시 예들은 본 발명을 한정하는 것이 아니다. 본 발명의 범위는 아래의 특허청구범위에 의해 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술도 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석해야 할 것이다. The foregoing description is merely illustrative of the present invention, and various modifications may be made by those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention. Accordingly, the embodiments disclosed in the specification of the present invention are not intended to limit the present invention. The scope of the present invention should be construed according to the following claims, and all the techniques within the scope of equivalents should be construed as being included in the scope of the present invention.

21 : 기판 23 : 멤브레인 지지부
24 : 완충부
24a : 외부 스프링 24b : 내부 스프링
24c : 스페이서 24d : 스페이서 돌출부
26 : 멤브레인
27 : 백플레이트
28c : 감지 간극 21 substrate 23 membrane support
24: buffer part
24a: outer spring 24b: inner spring
24c: spacer 24d: spacer protrusion
26: membrane
27: backplate
28c: detection gap

Claims (17)

기판 위에 형성되는 백플레이트;
상기 기판 상에 백플레이트를 둘러싸는 형태로 형성되는 절연층;
상기 백플레이트 상에 일정간격 이격되어 형성되는 멤브레인;
상기 멤브레인을 기판에 연결하는 멤브레인 지지부; 및
상기 멤브레인과 상기 멤브레인 지지부 사이에 2중 스프링 구조로 형성되는 완충부
를 포함하는 멤스 마이크로폰.A back plate formed over the substrate;
An insulation layer formed on the substrate to surround the back plate;
Membranes are formed on the back plate spaced apart from each other;
A membrane support connecting the membrane to a substrate; And
A buffer portion formed in a double spring structure between the membrane and the membrane support
MEMS microphone including a. 제1항에 있어서, 상기 완충부는,
상기 멤브레인에 연결되는 내부 스프링;
상기 멤브레인 지지부에 연결되는 외부 스프링; 및
상기 내부 스프링과 상기 외부 스프링 사이에 연결되는 스페이서
를 포함하는 것을 특징으로 하는 멤스 마이크로폰.The method of claim 1, wherein the buffer unit,
An inner spring connected to the membrane;
An outer spring connected to the membrane support; And
A spacer connected between the inner spring and the outer spring
MEMS microphone, comprising a. 제2항에 있어서,
상기 스페이서의 하부에 형성되는 돌출부
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 멤스 마이크로폰.3. The method of claim 2,
Protruding portion formed under the spacer
MEMS microphone, characterized in that it further comprises. 제2항에 있어서, 상기 외부 스프링은 상기 내부 스프링보다 작은 강성을 갖는 것을 특징으로 하는 멤스 마이크로폰.3. The MEMS microphone according to claim 2, wherein the outer spring has a smaller rigidity than the inner spring. 제3항에 있어서, 상기 돌출부의 높이와 상기 절연층의 높이의 합이 유지 간극인 것을 특징으로 하는 멤스 마이크로폰.The MEMS microphone according to claim 3, wherein the sum of the height of the protrusion and the height of the insulating layer is a holding gap. 제1 절연층을 갖는 기판;
상기 기판 위에 형성되는 멤브레인;
상기 멤브레인을 상기 기판에 고정하는 멤브레인 지지부;
상기 멤브레인과 상기 멤브레인 지지부 사이에 2중 스프링 구조로 형성되는 완충부;
상기 멤브레인 상에 일정간격 이격되어 형성되는 백플레이트;
를 포함하는 멤스 마이크로폰.A substrate having a first insulating layer;
A membrane formed on the substrate;
A membrane support for securing the membrane to the substrate;
A buffer formed in a double spring structure between the membrane and the membrane support;
A back plate formed on the membrane at regular intervals;
MEMS microphone including a. 제6항에 있어서, 상기 완충부는,
상기 멤브레인에 연결되는 내부 스프링;
상기 멤브레인 지지부에 연결되는 외부 스프링;
상기 내부 스프링과 상기 외부 스프링 사이에 연결되는 스페이서
를 포함하는 것을 특징으로 하는 멤스 마이크로폰.The method of claim 6, wherein the buffer portion,
An inner spring connected to the membrane;
An outer spring connected to the membrane support;
A spacer connected between the inner spring and the outer spring
MEMS microphone, comprising a. 제7항에 있어서,
상기 백플레이트의 하부에 부착된 제2 절연층; 및
상기 제2 절연층과 마주하도록 스페이서의 상부에 형성되는 돌출부
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 멤스 마이크로폰.8. The method of claim 7,
A second insulating layer attached to a lower portion of the back plate; And
A protrusion formed on the spacer to face the second insulating layer.
MEMS microphone, characterized in that it further comprises. 제7항에 있어서, 상기 외부 스프링은 상기 내부 스프링보다 작은 강성을 갖는 것을 특징으로 하는 멤스 마이크로폰.8. The MEMS microphone according to claim 7, wherein the outer spring has a smaller rigidity than the inner spring. 제8항에 있어서, 상기 돌출부의 높이와 상기 제2 절연층의 높이의 합이 유지 간극인 것을 특징으로 하는 멤스 마이크로폰.The MEMS microphone according to claim 8, wherein the sum of the height of the protrusion and the height of the second insulating layer is a holding gap. 제6항에 있어서, 상기 백플레이트를 상기 기판 상에 고정하기 위한 백플레이트 지지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 멤스 마이크로폰.7. The MEMS microphone according to claim 6, further comprising a back plate support for fixing the back plate on the substrate. 기판 상에 음향 홀을 갖는 백플레이트를 형성하는 단계;
상기 기판 상에 상기 백플레이트의 외곽으로 절연층을 형성하는 단계;
상기 절연층이 형성된 기판 상에 희생층을 증착하는 단계;
상기 희생층 상에 2중 스프링 구조의 완충부를 갖는 멤브레인과 멤브레인 지지부를 형성하는 단계;
상기 기판의 일부를 식각하여 음향 챔버를 형성하는 단계;
상기 음향 챔버와 상기 음향 홀을 통해 희생층을 제거하는 단계;
를 포함하는 멤스 마이크로폰 제조 방법.Forming a backplate having acoustic holes on the substrate;
Forming an insulating layer on the substrate at an outer side of the back plate;
Depositing a sacrificial layer on the substrate on which the insulating layer is formed;
Forming a membrane and a membrane support with a double spring structure buffer on the sacrificial layer;
Etching a portion of the substrate to form an acoustic chamber;
Removing a sacrificial layer through the acoustic chamber and the acoustic hole;
MEMS microphone manufacturing method comprising a. 제12항에 있어서, 상기 멤브레인을 형성하는 단계는,
상기 멤브레인, 내부 스프링, 스페이서, 외부 스프링, 상기 멤브레인 지지부가 차례로 위치하도록 형성하는 것을 특징으로 하는 멤스 마이크로폰 제조 방법.The method of claim 12, wherein forming the membrane comprises:
And forming the membrane, the inner spring, the spacer, the outer spring, and the membrane support in order. 제13항에 있어서, 상기 희생층을 증착하는 단계에서,
상기 희생층을 증착한 후, 상기 희생층의 상기 스페이서가 형성될 위치에 식각홈을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 멤스 마이크로폰 제조 방법.The method of claim 13, wherein in the depositing the sacrificial layer,
After depositing the sacrificial layer, forming an etching groove at a position where the spacer of the sacrificial layer is to be formed. 기판 상에 제1 절연층을 형성하는 단계;
상기 제1 절연층이 형성된 기판 상에 2중 스프링 구조의 완충부를 갖는 멤브레인과 멤브레인 지지부를 형성하는 단계;
상기 멤브레인과 멤브레인 지지부 상에 희생층을 증착하는 단계;
희생층의 일부를 식각하여 제2 절연층을 형성하기 위한 홈을 형성하는 단계;
상기 홈이 형성된 희생층 상에 제2 절연층을 형성하는 단계
상기 제2 절연층이 형성된 희생층 상에 하나 이상의 음향 홀이 형성된 백플레인을 형성하는 단계;
상기 희생층을 식각하여 제거하는 단계
를 포함하는 멤스 마이크로폰 제조 방법.Forming a first insulating layer on the substrate;
Forming a membrane and a membrane support having a double spring structure buffer on the substrate on which the first insulating layer is formed;
Depositing a sacrificial layer on the membrane and a membrane support;
Etching a portion of the sacrificial layer to form a groove for forming the second insulating layer;
Forming a second insulating layer on the sacrificial layer in which the groove is formed
Forming a backplane having one or more acoustic holes formed on the sacrificial layer on which the second insulating layer is formed;
Etching to remove the sacrificial layer
MEMS microphone manufacturing method comprising a. 제15항에 있어서, 상기 멤브레인을 형성하는 단계는,
상기 멤브레인, 내부 스프링, 스페이서, 외부 스프링, 상기 멤브레인 지지부가 차례로 위치하도록 형성하는 것을 특징으로 하는 멤스 마이크로폰 제조 방법.The method of claim 15, wherein forming the membrane,
And forming the membrane, the inner spring, the spacer, the outer spring, and the membrane support in order. 제16항에 있어서, 상기 멤브레인을 형성하는 단계와, 상기 희생층을 형성하는 단계 사이에,
상기 스페이서 상에 돌출부를 형성하는 단계
를 더 포함하는 멤스 마이크로폰 제조 방법.

17. The method of claim 16, wherein between forming the membrane and forming the sacrificial layer,
Forming a protrusion on the spacer
MEMS microphone manufacturing method further comprising.

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